Formulação de referência retardante de chamas para poliéster SK ES500 (classificação UL94 V0).

Formulação de referência retardante de chamas para poliéster SK ES500 (classificação UL94 V0).

I. Abordagem de projeto de formulação

1. Compatibilidade do substrato
   • Poliéster SK ES500: Um poliéster termoplástico com temperatura de processamento típica de 220–260 °C. O retardante de chama deve suportar essa faixa de temperatura.
   • Requisitos principais: Equilíbrio entre retardância à chama (V0), propriedades mecânicas (resistência à tração/impacto) e fluidez de processamento.
2. Sistema Sinérgico Retardante de Chamas
   • Hidróxido de alumínio ultrafino (ATH): Retardante de chama primário, desidratação endotérmica. A dosagem deve equilibrar a resistência à chama e as propriedades mecânicas.
   • Hipofosfito de alumínio: sinergista formador de carvão, atua em conjunto com o ATH para criar um efeito sinérgico fósforo-alumínio, melhorando a qualidade do carvão.
   • Borato de zinco: intensifica a carbonização, suprime a fumaça e forma uma barreira densa com ATH.
   • MCA (cianurato de melamina): Retardante de chama em fase gasosa, dilui o oxigênio e inibe o gotejamento do material fundido.

II. Formulação Recomendada (Percentagem em Peso)

III. Controles de Processo Chave

1. Otimização da dispersão
   • Pré-tratamento: Deixe o ATH e o hipofosfito de alumínio de molho em uma solução de etanol KH-550 a 1% por 2 horas e, em seguida, seque a 80°C.
   • Sequência de Mixagem:
     1. Resina base + dispersante + agente de acoplamento → Mistura em baixa velocidade (500 rpm, 5 min).
     2. Adicionar ATH modificado/hipofosfito de alumínio → Cisalhamento de alta velocidade (2500 rpm, 20 min).
     3. Adicionar borato de zinco/MCA/PTFE → Mistura em baixa velocidade (800 rpm, 10 min).
   • Equipamento: Extrusora de dupla rosca (zonas de temperatura: zona de alimentação 200°C, zona de fusão 230°C, matriz 220°C).
2. Controle de temperatura de processamento
   • Garanta que a temperatura de fusão seja inferior a 250 °C para evitar a decomposição do MCA (o MCA se decompõe a temperaturas entre 250 e 300 °C).
   • Resfrie os grânulos com água após a extrusão para evitar a migração do retardante de chama.

IV. Mecanismo sinérgico retardante de chama

1. ATH + Hipofosfito de Alumínio
   • O ATH absorve calor e libera vapor de água, diluindo gases inflamáveis.
   • O hipofosfito de alumínio catalisa a formação de carvão denso (AlPO₄), bloqueando a transferência de calor.
2. Borato de zinco + MCA
   • O borato de zinco forma uma barreira vítrea sobre as fissuras carbonizadas.
   • O MCA se decompõe liberando NH₃, diluindo o oxigênio e inibindo as reações dos radicais livres.
3. PTFE Anti-gotejamento
   • O micropó de PTFE forma uma rede fibrosa, reduzindo o risco de ignição por gotejamento do material fundido.

V. Ajuste de desempenho e resolução de problemas

VI. Métricas de Validação

1. Teste UL94 V0:
   • Amostras de 1,6 mm e 3,2 mm, tempo total de queima < 50 segundos após duas ignições, sem ignição por gotejamento.
2. LOI: Meta ≥30% (real ≥28%).
3. Propriedades mecânicas:
   • Resistência à tração > 40 MPa, resistência ao impacto > 5 kJ/m² (norma ASTM).
4. Estabilidade térmica (TGA):
   • Resíduo carbonizado a 800°C > 20%, temperatura inicial de decomposição > 300°C.

VII. Exemplo de formulação de referência

Esta formulação e projeto de processo alcançam com eficácia a classificação de retardância à chama UL94 V0 para o poliéster SK ES500, equilibrando a processabilidade e as propriedades mecânicas. Recomenda-se a realização de testes em pequena escala para verificar a dispersão antes do ajuste fino das proporções (por exemplo, equilibrando o hipofosfito de alumínio e o MCA). Para um aprimoramento adicional da retardância à chama, considere a adição de 2% de nanofolhas de nitreto de boro (BNNS) como um enchimento com dupla função: condutor térmico e retardante de chama.

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